background image

1. Opisz budowę lasera światłowodowego.

Fiber Laser Components

Several components are critical in making a good fiber laser. Each component has specific 
challenges:

Pump Diodes: A sufficiently bright and powerful fiber-coupled pump source is needed. This 
requires producing high-brightness diodes with high reliability, at a very low cost and in 
large volumes. Achieving good yield in production is crucial. 

Active Fiber: To provide gain, a robust doped fiber that can handle the power (that is, does 
not suffer from photodarkening) is required. The active fiber must have very low losses and 
no imperfections that might cause scattering and reduce the beam quality. For pulsed 
applications, it is important to reach high doping levels to reduce active fiber length and 
prevent nonlinearities. The fiber also must have very good splicing properties, ensuring low 
loss connections to other fiber components. 

Mirrors: Fiber Bragg gratings (FBGs) that make the mirrors for the cavity must handle high 
power levels without optical degradation (in many cases, the pump power goes through the 
FBG in addition to the signal) and must have good splicing properties. 

Pump Combiner: The pump light is typically brought into the active fiber using power 
combiners, making it possible to use a large number of fiber-coupled diodes for pumping. 
These combiners must be able to handle high levels of pump power, and must exhibit very 
low loss (losses cause heat, so any excess loss spells trouble). Most pump combiners are 
made with a complicated and fairly nonscalable manufacturing process, so being able to 
make these components at a low cost and high volume is a tough challenge. 

Isolators: Good isolators are crucial for protection against back-reflections. This is 
important for pulsed fiber lasers, because of the extreme peak powers they produce. 
Continuous-wave (CW) or modulated CW typically does not require isolators. Isolators also 
may be needed to protect the pump diodes from feedback caused by intracavity pulses. 
Given that most pulsed fiber lasers use master oscillator-power amplifier (MOPA) 
architecture, isolators also often serve an important role in separating the gain stages from 
each other. 

background image

Output Combiner: For high-power CW, yet another type of combiner is needed, currently 
not readily available in the open market. This combiner superimposes the power of several 
(typically about 400 to 800 W) fiber laser submodules to create kilowatt-class output. Here, 
extremely low losses are absolutely crucial, as well as minimal degradation of the final 
output beam quality. 

Power Supply: High-power CW lasers are increasingly applied in modulated mode, which 
means they are rapidly switched on and off by modulating the pump diode current. While 
both diodes and the fiber can handle this modulation without difficulty, modulation puts 
significant stress on the electronic current sources used to drive the diodes. Highly reliable 
current sources for diode modulation are crucial. 

Beam Delivery: Finally, to get the fiber laser output to the workpiece, passive transfer fiber 
(and cable) is needed, in addition to robust fiber connectors and beam switches. Low loss 
and beam quality preservation (or adaptation) are key. 

2. Wymień możliwe rozwiązania konstrukcji rezonatorów w laserze
światłowodowym.

background image

Fiber Laser Resonators

In order to form a 

laser resonator

 with fibers, one either needs some kind of reflector (mirror) to 

form a linear resonator, or one builds a fibe

ring laser

Various types of mirrors are used in linear 

fiber laser resonators:

In simple laboratory setups, ordinary 

dielectric 

mirrors

 can be butted to the perpendicularly cleaved 

fiber ends, as shown in Figure 1. This approach, 
however, is not very practical for mass fabrication 
and not very durable either. 

The Fresnel reflection from a bare fiber end face is 
often sufficient for the 

output coupler

 of a fiber laser. 

Figure 2 shows an example. 

It is also possible to deposit dielectric coatings 
directly on fiber ends, usually with some evaporation 
method. Such coatings can be used to realize 
reflectivities in a wide range. 

For commercial products, it is common to use 

fiber Bragg gratings

, made either directly in 

the doped fiber, or in an undoped fiber which is spliced to the active fiber. Figure 3 shows a 

distributed Bragg reflector laser

 (DBR laser) with two fiber gratings, but there are also 

distributed feedback lasers

 with a single grating in doped fiber, with a phase shift in the 

middle. 

Figure 3: Short DBR fiber laser for narrow-linewidth emission. 

A better power-handling capability is achieved by collimating the 
light exiting the fiber with a lens and reflecting it back with a 
dielectric mirror (Figure 4). The 

intensities

 on the mirror are then 

greatly reduced due to the much larger beam area. However, slight 
misalignment can cause substantial reflection losses, and the 
additional Fresnel reflection at the fiber end can introduce filter 
effects and the like. The latter effects can be suppressed by using angle-cleaved fiber ends, 
which however introduce polarization-dependent losses. 

Another option is to form a fiber loop mirror (Figure 5), based on a 

fiber coupler

 (e.g. with 50:50 splitting ratio) and some piece of 

passive fiber. 

Most fiber lasers are pumped with one or several 

fiber-coupled diode lasers

. 

The pump light may be coupled directly into the core, or i

high-power

 into 

a larger pump cladding (→ 

double-clad fibers

), as discussed below in more detail.

There are many different kinds of fiber lasers, some of which are discussed in the following.

Figure 2: A simple erbium-doped 
femtosecond laser, where the Fresnel 
reflection from a fiber end is used for 
output coupling. 

Figure 4: End 
reflector with lens 
and mirror. 

Figure 5: Fiber loop 
mirror. 

background image

3. Wymień zalety laserów światłowodowych i ich ograniczenia

zalety:

trwałość (okres działania ok. 100 000 h)
solidna konstrukcja
proste chłodzenie
duża wydajność i sprawność
stabilność jakości wiązki laserowej
możliwość strojenia w dziedzinie częstotliwości
wiele długości fal (Tab. 1)
skalowalność (uzyskiwane moce do 10kW)

Ograniczenia:

*ograniczenie maksymalnej mocy
*są nowością na rynku, wobec czego:
-stanowią szczególne wyzwanie dla technologii 
materiałowej
-wymagają znalezienia właściwych parametrów procesu 
wytwarzania
-niezbędne jest zapoznawanie się środowisk społecznych z 
nową technologią
*ograniczone wzmocnienie na jednostkę długości
*występują efekty nieliniowe
*justowanie źródeł wiązek pompujących falowód

na moje oko da pytanie nr 2.


Document Outline